腔式束流四极分量监测器关键技术的研究

XFEL和ILC的发射度实时测量是非常重要的关键技术，常规的直线加速器发射度测量采用多狭缝法等拦截型方式，不能实现实时观测，因此迫切需要研究非拦截型的发射度测量方法，以实现提高束流品质。非拦截的测量方法基于非拦截地提取束流四极分量，而利用谐振腔特征模式提取束流信息可以提供更高精度的信号，是国际领先的测量手段。我国正广泛开展FEL的研究，在ILC计划中也扮演着重要角色，因此，开展腔式束流四极分量监测器的关键技术的研究对我国粒子加速器及相关科学的发展尤为必要。合肥光源高亮度注入器计划基于光阴极微波电子枪进行FEL相关研究，为此设计了腔式束流四极分量监测器。系统采用调节四极铁聚焦强度法构造束流参数计算矩阵，监测腔采用正方形pill-box腔，参考腔为圆柱型pill-box腔，工作频率为5.712GHz，采用波导耦合网络抑制基模和偶极模信号的干扰，前端信号处理系统为超外差接收机。

基于直线加速器的X 射线自由电子激光(XFEL)是第四代光源研究的前沿热点。FEL装置要求高品质的电子束源，为了实现对束流的精确监测和实时控制，从而提高束流品质，束流参数的在线诊断技术是尤为必要的。发射度是非常重要的束流参数，常规的直线加速器发射度测量采用多狭缝法等拦截型方式，不能实现实时观测，因此迫切需要研究非拦截型的测量方法。非拦截的发射度诊断方法基于非拦截地提取束流四极分量，而利用谐振腔特征模式作为拾取装置提取束流信息，不仅是非拦截的测量手段，而且可以提供大幅度和高信噪比的束流信号，使测量达到很高的精度，是国际领先的技术手段。我国正广泛开展FEL的研究，开展腔式束流四极分量监测器的关键技术的研究对我国粒子加速器及相关科学的发展尤为重要。合肥光源高亮度注入器计划基于光阴极微波电子枪进行FEL相关研究，为此设计了腔式束流四极分量监测器。系统采用调节四极铁聚焦强度法构造束流参数计算矩阵，监测腔采用正方形pill-box腔，参考腔为圆柱型pill-box腔，工作频率为5.712GHz，采用波导耦合网络抑制基模和偶极模信号的干扰，前端信号处理系统为超外差接收机。在此基础上，进一步提出了基于谐振腔的束流多参数诊断技术，首次提出了利用同一谐振腔同时测量低重复频率短束团情况下的束团长度与束流流强的方法，并给出了一种测量光阴极微波电子枪束流峰值流强的新手段。利用谐振腔的TM0n0 模式实现束团长度与束流的流强、位置及四极分量的联合诊断，使整个诊断系统大为紧凑。使用谐振腔的多个特征模式进行束流流强诊断，提高了测量精度。为了处理束流信号，使用高速ADC、高密度FPGA 和高性能DSP 搭建高速数据采集系统，采样率最高可达1Gsps。上述这些研究成果可广泛应用于国内外其它直线加速器。